Question

5．Ⅰ．甲烷-空氣燃料電池若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；若以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
Ⅱ．現(xiàn)有純鐵片、純銀片、純銅片，稀硫酸、FeSO₄ 溶液、Fe₂（SO₄）₃溶液、大燒杯、導(dǎo)線若干，請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu²⁺、Fe³⁺的氧化性強(qiáng)弱．
（1）寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極：Cu-2e^-=Cu²⁺，正極：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．
（2）請(qǐng)?jiān)谙旅娣娇蛑挟?huà)出原電池的裝置圖，標(biāo)出外電路電子流向（注明電極材料、電解質(zhì)溶液，連成閉合回路）．

（3）該裝置反應(yīng)一段時(shí)間后，當(dāng)溶液的質(zhì)量增加3.2g時(shí)，通過(guò)導(dǎo)線的電子的數(shù)目是0.1mol．

Answer 1

分析 Ⅰ．甲烷燃料電池中，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，注意電解質(zhì)環(huán)境決定方程式的書(shū)寫(xiě)；
Ⅱ．Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強(qiáng)，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，反應(yīng)中Cu被氧化，為原電池的負(fù)極，則正極可為碳棒或不如Cu活潑的金屬，電解質(zhì)溶液為氯化鐵溶液，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，以此解答該題．

解答 解：Ⅰ．若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，若以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
Ⅱ．（1）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強(qiáng)，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，為原電池的負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，正極Fe³⁺被還原，電極方程式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
（2）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強(qiáng)，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，為原電池的負(fù)極，正極Fe³⁺被還原，正極可為碳棒，電解質(zhì)溶液為氯化鐵，
則原電池裝置圖可設(shè)計(jì)為，電子從銅極流向碳極，故答案為：；
（3）該裝置反應(yīng)一段時(shí)間后，當(dāng)溶液的質(zhì)量增加3.2g時(shí)，即消耗的金屬銅質(zhì)量是3.2g即0.05mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺，電子轉(zhuǎn)移0.1mol，故答案為：0.1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)電源新型電池，根據(jù)得失電子確定正負(fù)極上通入的氣體，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意堿性條件下甲烷失電子不能生成氫離子，要生成碳酸根離子，為易錯(cuò)點(diǎn)．